第8章门式刚架

M f Af (hw t ) f
(2) 工字形截面压弯构件在剪力V、弯矩M和轴力N共同作用下 当V≤0.5Vd 时
M M eN M e N We Ae
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
M M N M eN M N f f
当为双轴对称截面时


2 V 1 0.5V 1 d
N s V 0.9hwtw cr
当0.8 w 1.25时， cr [1 0.8(w 0.8)] f v 当w 1.25时，
cr f v 2 w
计算长度取腹板高度hw ，按两端铰接的轴心受压构件 按GB50017计算。
1.3.3.4 变截面柱在刚架平面内的整体稳定计算
第 八 章
1.1 概述
1.1.1 单层门式刚架的组成
柱距
1.1.2 单层门式刚架结构的特点
质量轻
一般10~30kg/m2，地震反应小，注意风吸力
工业化程度高，施工周期短
主要构件工厂制作
综合经济效益高 柱网布置比较灵活 梁柱多用变截面，省材 整体性依靠檩条、墙梁和隅撑来保证，支撑多用
张紧的圆钢
设有桥式吊车：吊车有驾驶室时为h/400，吊车由
地面操作时为h/180。
受弯构件的挠度限值
门式刚架斜梁竖向挠度：（L为构件跨度） 仅支承压型钢板和檩条 L/180 尚有吊顶 有悬挂起重机 檩条竖向挠度： 仅支承压型钢板 有吊顶 L/150 L/240 L/150 L/240 L/400
压型钢板竖向挠度：
Pl1
Pl2
Pf2
计算边柱时的斜梁长度
一阶分析法
1.1.3 工程应用情况
20世纪70年代在工程上极少应用；
始于20世纪60年代，屋面用瓦材。
20世纪80年代在经济特区引进国外门式刚架轻钢 房屋，压型钢板始见用于屋面和墙面； 20世纪90年代初外国轻钢企业进入中国大陆，带 动了内资轻钢企业的发展。中期以来，采用门式刚
架轻型房屋钢结构的工程数量越来越多，工程规模
控制截面的内力组合
（1）最大压力Nmax和相应的M和V；
（2）最大压力Mmax和相应的N和V； （3）最小压力Nmin和相应的M和V。
侧移计算
采用弹性分析方法确定，计算时荷载取标准值，
不考虑荷载分项系数。
简化计算公式：参见CECS102
侧移限值
在风荷载标准值作用下的刚架柱顶侧向位移不应超过 下列限值： 不设吊车：采用轻型钢板墙时为h/60，采用砌体 墙时为h/100，h为柱高；
檩条和墙梁布置
屋脊附近双檩（距屋脊≤200mm ），天沟附近布 置一根以固定天沟
支撑和刚性系杆布置 布置原则： 温度区段 屋面与柱间 位置 分层 刚架转折处 支撑交叉点 支撑形式： 圆钢 型钢
1.3 刚架设计
1.3.1 荷载及荷载组合
除《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》(CECS： 102)有规定外，按《建筑结构荷载规范》(GB50009)采用
1.3.2 刚架内力和侧移计算 内力
变截面门式刚架应采用弹性分析方法确定各种工况
下的内力，仅构件全部为等截面时才允许采用塑性分析
方法设计。分析时，通常取单榀刚架按平面结构分析内 力，一般不考虑应力蒙皮效应，而把它当作安全储备。
计算内力时可采用有限元法（直接刚度法）。计算时宜
将变截面刚架梁、柱构件划分为若干段，每段可视为等 截面，也可采用楔形单元。当需要手算校核时，可将变 截面构件折算为等截面构件，采用结构力学方法计算， 或利用静力计算的公式和图表。
当a hw 1时， k 4 5.34 (a hw ) 2 当a hw 1，
(3) 腹板的有效宽度 当腹板全部受压时, he=hw 当腹板部分受拉时，拉区全部有效，压区有效宽度为 he=hc
k 5.34 4 (a hw ) 2
当 0 .8 时 当 0 .8 1 .2 时 当 1 .2 时
he1 0.4he
1.3.3.2 刚架梁、柱构件的强度计算 (1)工字形截面受弯构件在剪力V和弯矩M共同作用下的强度 当V≤0.5Vd 时
M Me
当0.5Vd ＜V≤Vd 时
2 V M M f M e M f 1 0.5V 1 d 当为双轴对称截面时
z——风荷载高度变化系数，按《建筑结构荷载规范》的规定采用；
当高度小于10m时，应按10m高度处的数值采用；
s——风荷载体型系数，考虑内、外风压最大值的组合，含阵风系数。
其中 风载体型系数按美国MBMA手册的规定采用。
荷载效应组合: 应符合以下原则
⑴ 屋面均布活荷载不与雪荷载同时考虑，应取两者中的较大值；
（1）柱脚铰接，按下表查，表中
K1 I c1 h
K2 I b0 (2 s)
此表相当于GB50018规范附表A3.2的计算长度系数乘以
0.85 I c0 / I c1
柱脚铰接楔形柱的计算长度系数r
K2 /K1 0.01 0.02 0.03 0.1 0.428 0.600 0.729 0.931 1.075 1.252 1.518 1.745 0.2 0.368 0.502 0.599 0.756 0.873 1.027 1.235 1.395 0.3 0.349 0.470 0.558 0.694 0.801 0.935 1.109 1.254 0.5 0.331 0.440 0.520 0.644 0.742 0.857 1.021 1.140 0.75 0.320 0.428 0.501 0.618 0.711 0.817 0.965 1.080 1.0 0.318 0.420 0.492 0.606 0.697 0.801 0.938 1.045 2.0 0.315 0.411 0.483 0.589 0.672 0.790 0.895 1.000 ≥10.0 0.310 0.404 0.473 0.580 0.650 0.739 0.872 0.969
1
he1
2=1
有效宽度分布2
当腹板边缘最大应力1<f时，计算时可用R1代替式fy ， R为抗力分项系数，对Q235和Q345钢，R=1.1。
当截面全部受压，即>0时
he1 2he 5
当截面部分受拉，即<0时
he 2 he he1
he 2 0.6he
1
1 0 . 9 ( 0 .8) 0.64 0.24( 1.2)
hw t w 28.1 k 235 f y
k 16
1 2 0.1121 2 1
2 1
1
he1 hw hc he2 he2
M N Af (hw t )( f N A) f
1.3.3.3 梁腹板加劲肋的配置 梁腹板应在与中柱连接处、较大集中荷截作用处和翼缘 转折处设置横向加劲肋。其间距a取hw~2 hw 。中间加劲肋的 设置应满足屈曲后强度计算要求。中间加劲肋除承受集中荷 载和翼缘转折产生的压力外，还应承受拉力场产生的压力：
承受活荷载或雪荷载
构件长细比要求
受压构件：主要构件[]≤180，
其它构件及支撑[]≤220； 受拉构件：承受静力荷载时，桁架构件[]≤350； 吊车梁以下柱间支撑[]≤300； 其它支撑[]≤400；
承受动力荷载时[]≤250。
1.3.3 刚架柱、梁设计
1.3.3.1 梁、柱板件宽厚比和腹板屈曲后强度应用 (1)梁柱板件宽厚比限值 梁柱的翼缘，不能发生局部失稳，要求受压翼缘：
b 235 15 t fy
(2)
b
对于梁柱的腹板:
tw
t hw
hw 235 250 tw fy
(3)
图 7-5 截面尺寸 图1.5 截面尺寸
腹板应按规程要求计算有效宽度。
t
(2)腹板屈曲后强度利用 工字形截面构件腹板的受剪板幅，当腹板高度变化 不超过60mm／m时可考虑屈曲后强度（拉力场），其抗 剪承载力设计值应按下列公式计算：
系数和不均匀系数。
吊车荷载：竖向和水平荷载，按GB50009采用。 地震作用：按《建筑抗震设计规范》 GB50011采用。 风荷载：垂直于建筑物表面的风荷载，按下式计算：
wk s z w0
wk——风荷载标准值（kN／m2）； w0——基本风压，按《建筑结构荷载规范》的规定值乘以1.05采用；
⑵ 积灰荷载应与雪荷载或屋面均布活荷载中的较大值同时考虑；
⑶ 施工或检修集中荷载不与屋面材料或檩条自重以外的其它荷载 同时考虑； ⑷ 多台吊车的组合应符合GB50009的规定； ⑸ 风荷载不与地震作用同时考虑。 在进行刚架内力分析时，需要考虑的荷载效应组合有： ⑴ 1.2× 永久荷载＋0.9× 1.4× [积灰荷载＋max｛屋面均布活荷载、 雪荷载｝＋（风荷载＋吊车竖向荷载＋吊车水平荷载）］； ⑵ 1.0× 永久荷载＋1.4× 风荷载 或 1.0× 永久荷载＋1.4× 0.9×( 风荷载＋吊车荷载） 组合(1)用于截面强度和构件稳定计算， (2)用于柱脚锚栓验算。
桥式吊车：不大于20吨，轻、中级工作制
图1.3 门式刚架实例
1.2.2 结构布置 刚架的建筑尺寸和布置
跨度：9~36m；高度：4.5~9m；
柱轴线：下端中心线或柱外皮 梁轴线：最小截面中线，与上表面平行 柱距：6m，7.5m或9m 温度区段：纵向≤300m，横向≤150m。
设置伸缩缝的方法：双柱；檩条和屋面板构造
Vd hwtw f v'
当w 0.8时， 当w 1.4时， f v f v f v' (1 0.275w ) f v 当0.8 w 1.4时， f v' [1 0.64(w 0.8)] f v
w
hw t w 37 k 235 f y
计算公式为：
N0 xy Ae0
mx M 1
N0 (1 xy )We1 N Ex0
f
N Ex0
2 EAe0
1.12
当柱的最大弯矩不出现在大头时，M1和We1分别取最
大弯矩和该弯矩所在截面的有效截面模量。
1.3.3.5 变截面柱在刚架平面内的计算长度
计算长度应取为h0=r h ，方法有3种：查表法、一阶分 析法 、二阶分析法 查表法
单脊双坡多跨刚架 无桥式吊车：中柱多为摇摆柱 有桥式吊车：中柱宜两端刚接 截面形式 无桥式吊车：梁、柱可采用变截面或等截面的实腹焊 接工字形截面或轧制H形截面 有桥式吊车：柱宜采用等截面形式 柱脚形式
无桥式吊车：多按铰接支承设计，通常为平板支座
有桥式吊车：刚接
坡度 1/20~1/8 运输单元 柱子单独一个，梁可为多个。单元内焊接，单元间用 通过端板用高强螺栓连接 吊车 悬挂吊车：起重量不大于3吨
越来越大，充分展示了这种结构的优越性。
国家标准的制订情况
《冷弯薄壁型钢结构技术规范》
1966年版本未颁布；
TJ18-75 GBJ18-87 GB50018-2002
《门式刚架轻型房屋钢结构技术规程》
CECS102:98 CECS102:2002
1.2 结构形式 和结构布置
1.2.1 门式刚架的结构形式 按跨度：单跨、双跨、多跨刚架以及带挑檐的和带毗屋的形式 按屋面坡脊数：单脊单坡、单脊双坡和多脊多坡
I c0 I c1
0.05 0.07 0.10 0.15 0.20
（2）多跨刚架中间柱为摇摆柱时，边柱的计算长度为
h0 r h
1 ( Pli hli )
(P
fi
h fi )
摇摆柱的计算长度系数取为r =1.0。
Pf1 lb
Pl1 1 P
lb
Pf2
Pf1 lb
永久荷载
结构自重：按《建筑结构荷载规范》GB50009采用 悬挂荷载：按实际情况
可变荷载
屋面活荷载 ：对压型钢板屋面，按水平投影计，一般 取0.5kN/m2，可取0.3kN/m2
Байду номын сангаас
施工检修集中荷载（人和小工具的重力）：1kN ，按
最不利位置
屋面雪荷载和积灰荷载 ：按GB50009 采用，考虑增大